Фізика. Профільний рівень. 10 клас. Засєкіна

Експериментальні роботи

ВИЗНАЧЕННЯ ПРИСКОРЕННЯ ТІЛА В РІВНОПРИСКОРЕНОМУ РУСІ

Прилади та матеріали: вимірювальна стрічка; секундомір; жолоб; набір кульок однакового розміру та різної маси; штатив з муфтою та лапкою; металевий циліндр.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Закріпіть жолоб за допомогою штатива в похилому положенні під невеликим кутом α1 до горизонту. Біля нижнього кінця жолоба покладіть у нього металевий циліндр.

2. Пустіть по жолобу металеву кульку, одночасно увімкнувши секундомір, і вимкніть його в момент дотику кульки до циліндра. Виміряйте час руху кульки t.

3. Вимірювальною стрічкою виміряйте переміщення кульки s.

4. Повторіть дослід п’ять разів, змінюючи величину переміщення s. Величина переміщення змінюється в разі зміни положення циліндра в жолобі.

5. Визначте прискорення кульки для кожного з дослідів.

6 Обчисліть середнє значення прискорення αc як середнє арифметичне всіх прискорень, обчислених у кожному з дослідів.

7. Для кожного з дослідів визначте відносну похибку вимірювання прискорення за допомогою формули: εa = εs + 2εt, де відносні похибки визначення переміщення s та часу t обчислюються відповідно за формулами:

У цих формулах Δt = ±0,1 с — абсолютна похибка вимірювання часу, а Δs = ±0,0005 м — абсолютна похибка вимірювання модуля переміщення.

8. Обчисліть абсолютну похибку вимірювання прискорення за формулою Δ = εа • ас.

9. Кінцеве значення прискорення подайте у вигляді ас ± Δа.

Додаткове завдання:

Визначте прискорення, змінивши кут нахилу жолоба на кут α2, а потім повторіть досліди з кулькою іншої маси. Зробіть розрахунки, запишіть значення прискорення у вигляді ас ± Δа для кожного випадку, проаналізуйте отримані результати та зробіть висновки про залежність прискорення від кута нахилу жолоба та маси кульки.

ДОСЛІДЖЕННЯ РУХУ ТІЛА ПО КОЛУ

Прилади та матеріали: кулька, підвішена на нитці; штатив з кільцем і муфтами; секундомір або годинник із секундною стрілкою; вимірювальна стрічка; аркуш паперу з накресленим колом (радіус 15 см).

Вказівки щодо виконання роботи

1. Закріпіть кульку на нитці завдовжки 45 см та прикріпіть нитку до кільця штатива.

2. Рухаючи нитку біля точки підвісу, доможіться обертання кульки по колу радіусом r, яке намальовано на аркуші паперу.

3. Виміряйте час t, за який кулька здійснює N обертів (наприклад, N = 15). Дослід повторіть п’ять разів.

4. Обчисліть період Т обертання кульки.

5. Обчисліть середнє значення кутової та лінійної швидкостей руху кульки, а також доцентрового прискорення.

Додаткове завдання:

1. З’ясуйте, чи зміниться період обертання кульки, якщо рахувати не 15, а 30 обертів.

2. З’ясуйте, чи зміниться період обертання, якщо радіус обертання зменшити у 2 рази (довжину нитки залишити незмінною).

3. З’ясуйте, як зміниться модуль кутової та лінійної швидкостей кульки та її доцентрового прискорення, якщо радіус обертання збільшити у 2 рази.

ДОСЛІДЖЕННЯ РУХУ ТІЛА, КИНУТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНО

Прилади та матеріали: лінійка з міліметровими поділками; штатив з муфтою та лапкою; металевий жолоб для пускання кульок; кулька; папір; висок; клейка стрічка (скотч); копіювальний папір.

Вказівки щодо виконання роботи

1. За допомогою штатива закріпіть жолоб. Загнутий кінець жолоба має бути розташований горизонтально на висоті h = 3 см від поверхні стола.

2. Зафіксуйте клейкою стрічкою на столі довгу смужку паперу. У місці можливого падіння кульки покладіть копіювальний папір. За допомогою виска визначте точку А, від якої виміряйте дальність польоту l.

3. Змінюючи висоту жолоба (h2 = 12 см, h3 = 27 см, h4 = 48 см), виміряйте відповідні дальності польоту l2, l3, l4. У кожному випадку дослід повторюйте п’ять разів, пускаючи кульку з того самого місця жолоба й вимірюючи щоразу дальність польоту l. Обчисліть середнє значення дальності польоту для кожного випадку.

4. Доведіть, що під час руху тіла в полі земного тяжіння виконується співвідношення l1: l2 : l3 : l4 = 1 :2 :3 :4.

5. Використовуючи дані досліду, у якому кулька летіла з висоти h4 = 48 см, обчисліть середнє значення початкової швидкості за формулою:

6. Обчисліть відносну похибку вимірювання швидкості за формулою:

де Δl = Δh = 1 мм, Δg = 0,02 м/с2 за д = 10 м/с2.

7. Обчисліть абсолютну похибку вимірювання швидкості Δυ0 = υ0c • ευ.

8. Результат вимірювання запишіть у вигляді υ0 = (υ0c ± Δυ) м/с.

ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПРУЖНОСТІ

Прилади та матеріали: гумова смужка довжиною 20-30 см із дротяною петелькою на одному кінці; набір важків по 100 г; динамометр; лінійка; штангенциркуль; штатив.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Гумовий шнур, із петлею на нижньому кінці, закріпіть у штативі. Поряд закріпіть лінійку у вертикальному положенні.

2. Підвісьте один тягарець. Номер поділки шкали лінійки, навпроти якої розміщено гачок тягарця, вважайте за початок відліку видовження гумового шнура. За значення сили пружності Fпр будемо приймати вагу тягарців (g = 10 м/с2).

3. Підвішуйте до гумового шнура по одному тягарцю й вимірюйте видовження шнура.

4. За результатами вимірювань побудуйте графік залежності сили пружності від видовження гумового шнура. Під час побудови графіка за результатами вимірювання експериментальні точки можуть не лежати на одній прямій, що відповідає формулі Fпр = k|х|. Це пов’язано з похибками вимірювань. У цьому випадку графік потрібно будувати так, щоб приблизно однакова кількість точок була по різні боки від прямої.

5. За тангенсом кута нахилу графіка визначте середнє значення коефіцієнта пружності kc.

6. Обчисліть відносну похибку непрямих вимірювань (скориставшись даними першого досліду):

де Δm = 0,002 кг, Δх = 1 мм, Δg = 0,02 м/с2 за g = 10 м/с2.

7. Визначте Δk = εkkc і результат вимірювань запишіть у вигляді: k = (kc ± Δk) Н/м.

ДОСЛІДЖЕННЯ РІВНОВАГИ ТІЛ ПІД ДІЄЮ КІЛЬКОХ СИЛ

Прилади та матеріали: лінійка; динамометр; штатив з муфтою; важіль; набір тягарців масою по 100 г

Вказівки щодо виконання роботи

1. Встановіть важіль на штативі і зрівноважте його в горизонтальному положенні за допомогою пересувних гайок, розміщених на його кінцях.

2. Підвісьте тягарець у певній точці одного з пліч важеля.

3. Підвісьте тягарці до однієї або декількох точок іншого плеча важеля так, щоб важіль залишився в рівновазі. Виміряйте лінійкою довжини плечей (l1, l2, ...) сил (ваги тягарців Р = Fm = mg), прикладених до плечей важеля.

4. Повторіть дослід три рази, змінюючи положення й кількість тягарців.

5. Визначте значення всіх моментів сил, що діють на важіль; суму моментів сил Мза, що обертають важіль за годинниковою стрілкою, та суму моментів сил Мпроти, що обертають важіль проти годинникової стрілки.

6. Порівняйте відношення

з одиницею та зробіть висновок.

ВИЗНАЧЕННЯ ЦЕНТРА ТЯЖІННЯ ПЛАСКИХ ФІГУР

Прилади та матеріали: фігури, вирізані з картону; лінійка; висок; шпилька; дерев’яний корок; штатив з муфтою та затискачем.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Виріжте з картону три фігури: центрально-симетричну (круг, квадрат або ромб); таку, що має форму нерівностороннього трикутника, і фігуру неправильної форми.

2. Закріпіть у затискачі штатива дерев’яний корок. Проколіть одну з фігур шпилькою і встроміть її в корок. Злегка похитуючи фігуру, переконайтеся, що вона перебуває у стані стійкої рівноваги.

3. На шпильку надіньте петельку нитки виска.

4. По лінії виска поставте мітки. Зніміть фігуру зі штатива й наведіть лінію відвісу олівцем під лінійку.

5. Повторіть дослід двічі, проколовши фігуру в інших місцях. Визначте центр тяжіння фігури (точку перетину проведених прямих).

6. Визначте центр тяжіння для двох інших фігур.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРУЖНОГО УДАРУ ДВОХ ТІЛ

Прилади та матеріали: лінійка з міліметровими поділками; штатив з муфтою та лапкою; жолоб для пускання кульок; металеві кульки різної маси; лоток з піском; терези.

Вказівки щодо виконання роботи

1. За допомогою штатива закріпіть жолоб. Загнутий кінець жолоба має бути розташовано горизонтально. На стіл, у місці можливого падіння кульки, покладіть лоток з піском.

2. За допомогою терезів виміряйте маси кульок m1 та m2.

3. Пустіть кульку більшої маси вільно котитися по жолобу. Повторіть дослід п’ять разів, пускаючи кульку з того самого місця жолоба.

4. Виміряйте висоту h і дальність польоту l. Обчисліть середнє значення початкової швидкості кульки за формулою:

та імпульс кульки: p1 = m1υ0.

5. На краю жолоба розташуйте кульку меншої маси. Запустіть кульку більшої маси так само, як у першому досліді. Після зіткнення обидві кульки впадуть у лоток з піском. Вимірявши дальність польоту кульок l1 і l2 та висоту падіння, визначте швидкості кульок після удару:

6. Перевірте виконання закону збереження імпульсу під час пружного удару: m1υ0 = m1u1 + m2u2.

Для цього порівняйте відношення

з одиницею.

ВИМІРЮВАННЯ ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ НИТЯНОГО МАЯТНИКА

Прилади та матеріали: штатив, кулька на нитці, секундомір, мірна стрічка.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Виміряйте мірною стрічкою (3 рази) довжину нитки (від місця кріплення до центра кульки) l. Визначте середнє значення lc.

2. Відхиліть маятник від положення рівноваги на кут α < 10° і відпустіть. Пропустіть 1-2 коливання та ввімкніть секундомір. Відрахуйте 20-30 коливань і вимкніть секундомір. Визначте час цих коливань.

3. Проведіть вимірювання, описані в пункті 2, три рази й визначте середнє значення періоду коливань Тc.

4. За формулою періоду нитяного маятника визначте середнє значення прискорення вільного падіння, підставляючи обчислені значення lc і Тc..

ДОСЛІДЖЕННЯ ІЗОПРОЦЕСУ

Прилади та матеріали: скляний циліндр висотою 60 см і діаметром 40-50 мм; скляна трубка довжиною 60 см і діаметром 8-10 мм, закрита з одного кінця; лінійка; склянка; пластилін; холодна й гаряча вода; термометр.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Скляну трубку опустіть відкритим кінцем догори на 3-5 хв у циліндричну посудину з гарячою водою (мал. 269, а). Виміряйте довжину скляної трубки l1 і температуру води Т1 у циліндричній посудині. У цьому випадку об’єм повітря V1 дорівнює об’єму скляної трубки, а температура повітря — температурі гарячої води.

Мал. 269

2. Щоб під час зміни фізичних властивостей повітря його кількість не змінилась, відкритий кінець скляної трубки, що міститься в гарячій воді, закрийте пластиліном. Опустіть у склянку з водою кімнатної температури (мал. 269, б) трубку закритим кінцем униз і зніміть під водою пластилін (мал. 269, в). Щоб тиск повітря в трубці знову дорівнював атмосферному, потрібно збільшувати глибину занурення трубки в склянку доти, поки рівні води в трубці та склянці не будуть збігатися (мал. 269, г). Виміряйте довжину l2 повітряного стовпа в трубці й температуру навколишнього повітря Т2, результати вимірювань запишіть у таблицю.

3. Обчисліть відношення

ВИМІРЮВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ

Прилади та матеріали: бюретка звичайна з краном; лійка хімічна; терези навчальні з набором важків; посудина з дистильованою водою; штангенциркуль; склянка.

Вказівки щодо виконання роботи

1. За допомогою штангенциркуля виміряйте діаметр отвору бюретки.

2. Підставте під отвір бюретки посудину з водою і, поступово відкриваючи кран, доможіться повільного відривання крапель від бюретки, щоб краплі падали одна за одною через 1-2 с.

3. Зважте порожню склянку з точністю до десятих часток грама. Поставте її під краплі, що рівномірно падають, і відрахуйте 50-100 крапель.

4. Зважте склянку знову й визначте масу води.

5. Повторіть дослід для інших кількостей крапель, визначаючи щоразу їхню масу.

6. Користуючись даними та формулою

визначте поверхневий натяг для кожного окремого вимірювання. Знайдіть середнє значення σc.

ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОЄМНОСТІ КОНДЕНСАТОРА

Прилади та матеріали: конденсатор електролітичний (10-30 В, 2000 мкф), мікроамперметр (0-100 мкА або 0-200 мкА), вольтметр (0-6 В), резистор (50-100 кОм), джерело постійного струму (4 В), ключ, з’єднувальні провідники, секундомір.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Складіть електричне коло за схемою.

2. Замкнувши коло, зарядіть конденсатор до напруги джерела U.

3. Розімкніть коло. Вимірюйте силу струму в колі в різні моменти часу в процесі розряджання конденсатора через резистор і мікроамперметр.

4. Побудуйте графік залежності сили струму в колі від часу й обчисліть площу фігури, обмеженої осями та графіком залежності. Ця площа відповідатиме заряду q, який пройшов через мікроамперметр за час розряджання конденсатора.

5. Обчисліть електроємність конденсатора як відношення заряду q конденсатора до напруги U на його обкладках.